HARQ(Hybrid Automatic Repeat and request)는 기존에 유무선 통신에서 사용되던 에러 제어 방식인 FEC(forward error-correcting coding)과ARQ(Automatic Repeat reQuest)방식의 혼합형이다. 먼저 HARQ가 나오게 된 원리를 설명하기 위해 간단하게 FEC방식과 ARQ 방식의 차이점을 설명하면 다음과 같다.

-          FEC : 피드백 경로를 필요로 하지 않는 에러 정정 기법으로, 송신 측에서 redundancy bit를 더해서 메시지를 전송하며, 데이터가 손실되었을 때 bit를 바탕으로 오류를 수정한다.

Figure 1. FEC의 과정

-          ARQ : 정보를 수신하여 에러 검사 결과 오류가 없는 경우(ACK를 받았을 경우) 계속 진행하며, NACK 수신이나 time out시에는 에러가 발생한 지점부터 데이터를 재전송한다.

Figure 2. ARQ의 과정

FEC방식과 ARQ방식은 장 단점을 가지고 있는데 그것을 정리해보면 다음과 같다.

HARQ에서는 따라서 위의 두 가지의 에러 제어 기법의 장점들을 혼합해서 사용하고 있다.  가장 간단한 고안으로는 Error-detection과 Error-correction을 동시에 사용하는 방법이다.  Scheme이 다음과 같다.

Figure 3. Type1 HARQ 동작원리

Type1 HARQ는 두 방식을 단순하게 조합하여 사용하였다. 즉, Error correction방식과 Error detection 방식을 동시에 사용하고, 둘 다 완벽하게 수행될 수 있어야 하므로 추가적인 parity-check bit가 요구된다. 이 때문에 채널환경이 좋은 경우 Type1 HARQ는 일반적으로 기본 ARQ보다 throughput이 낮다. 하지만, 채널환경이 좋지 않을 경우 Error correction의 FEC 능력으로 일반 ARQ보다 좋은 throughput을 얻을 수 있다.

Type2 HARQ는 수신자 쪽에서 한 패킷을 decode하기위해서 여러 다른 재전송된 패킷들을 이용하는 것이다. Type2는 이러한 soft combining 기법을 이용해서 패킷을 중첩시키며, diversity를 확보해 에러를 줄일 수 있다.

Figure 4. Type2 HARQ 동작원리

이 때 Combining하는 기법으로 Chase Combining Scheme과 Incremental Redundancy Scheme이 사용된다. 각각 CC, IR로 표기한다. IR Scheme의 경우 Type3 HARQ라고도 불린다. 상세 내용은 다음과 같다.

-          Chase Combining : 모든 retransmission이 동일한 정보를 전달한다. 즉 같은 채널을 이용해 encoding된 패킷은 동일한 coded bit을 가진다. Combining은 decoding과 demodulation사이(decoding전, demodulation 후)에 일어난다.

Figure 5. System model for CC-HARQ

-          Incremental Redundancy : 연속해서 오는 재전송된 패킷은 새로운 정보를 가져온다. 일반적으로 재전송중에, 부가적인 parity bits가 더해진다. 수신측이 새로 받은 데이터에 이전 정보를 결합시킨다.

Figure 6. System model for IR-HARQ

References

1. HARQ Systems: Resource Allocation, Feedback Error Protection, and Bits-to-Symbol Mappings, Linköping University, SE-581 83 Linköping, Sweden.